Le projet Iseult-Inumac mené au sein d'un consortium franco-allemand vise à développer les techniques associées à l'imagerie par résonance magnétique à ultra haut champ, notamment à travers la construction d'un imageur à 11,7 teslas. La résolution accrue du nouvel imageur devrait apporter une meilleure compréhension du système nerveux et de ses dysfonctionnements pour aboutir à un dépistage plus précoce des pathologies telles que la maladie d'Alzheimer, les accidents vasculaires cérébraux ou les tumeurs.La principale difficulté technique du projet, en dehors de la construction de l'aimant statique, réside dans la capacité d'émettre une onde électromagnétique d'amplitude uniforme dans tout le cerveau du patient : problème de l'inhomogénéité de B1 (ou radiofréquence). Une solution proposée consiste à utiliser une antenne réseau à transmission parallèle et des séquences d'excitation IRM spécifiques dites de compensation.Cette thèse se concentre sur la conception des antennes réseaux à transmission parallèle pour l'IRM à 7 et 11,7 T. Un prototype à 8 canaux indépendants utilisant une technologie innovante de résonateurs linéaires est présentée pour l'IRM 7 T. Il a été conçu par la simulation numérique. Un protocole de validation a été développé pour la caractérisation et l'analyse des performances des antennes réseaux. Le succès de cette validation a permis de développer par la simulation une nouvelle antenne à 12 canaux et une stratégie de pilotage innovante permettant de n'utiliser que 8 chaînes de pilotage au lieu de 12. Enfin, la même méthodologie a été appliquée pour concevoir et prédire les performances d'une antenne réseau à 11,7 T.

Des études in vitro ont été menées pour évaluer les effets biologiques potentiels de deux types d'ondes radiofréquences. Dans une première partie, nous avons étudié les ondes radiofréquences (300 et 500 MHz) utilisées en imagerie médicale à haute résolution (IRM). Ces ondes sont en régime impulsionnel (de l'ordre de la milliseconde) et avec des puissances crêtes élevées (E= 1.8 kV/m). Toutefois, il n'existe actuellement aucune donnée dans la littérature sur l'impact biologique éventuel de ce type de signaux. Dans ce travail de thèse des cellules gliales humaines (U251 MG) en culture ont été exposées pendant 45 minutes, ou 2 heures, en condition athermique, et plusieurs analyses biologiques ont été réalisés : expression génique d'une batterie de gènes biomarqueurs du stress cellulaire et analyse par microscopie de l'intégrité cellulaire. Quel que soit le test utilisé, les résultats ont toujours été négatifs. Ceci montre qu'aucun stress cellulaire n'a eu lieu lors de l'exposition des cellules à une onde électromagnétique de 300 ou 500 MHz, de forte puissance crête. La seconde partie de ce travail de thèse porte sur l'évaluation des effets des ondes millimétriques (OMM) à 60,4 GHz, en cas de stress énergétique. Nous avons étudié l'impact de l'exposition aux OMM, en présence ou en absence de 2-déoxy-glucose, sur la production d'ATP, le potentiel redox (NADPH) et l'expression génique. Par une approche transcriptomique, nous avons observé qu' un traitement au 2-déoxy-glucose, induit une forte réponse cellulaire. La co-exposition aux OMM modifie faiblement cette réponse génique (4 gènes sur 523 semblent être différentiellement exprimés). Par contre, l'exposition est sans effet sur le potentiel redox ou sur la production d'ATP. / In vitro studies were conducted to evaluate the biological effects of two types of radiofrequency waves. In the first part, we studied the radiofrequency (300 and 500 MHz) used in medical imaging at high resolution (MRI). These radio waves are pulsed (millisecond) with strong peaks power (E = 1.8 kV/m). However, there is currently no data in the literature, on the potential biological impact of such signals. This thesis examines whether exposure to this type of signal, may or may not, trigger a cellular stress. Human glial cells (U251 MG) in culture were exposed for 45 minutes or 2 hours in athermal conditions, and several biological tests were performed: gene expression of stress biomarkers or cell integrity by Cellomics technology. Whatever the test used, no significant modification was observed between the control and the exposed cells. This strongly suggests that no cellular stress occurred during the exposure of cells to high peak power RF pulses. The second part of this thesis specifically examines the effect of millimeter waves (MMW) at 60.4 GHz in cells deprived from glucose. We investigated whether exposure to MMW, in the presence or absence of 2-deoxy-glucose has an effect on ATP production, redox potential (NADPH) and gene expression. We found no genes differentially expressed between the sham control and the exposed cells. In contrast, when cells are submitted to a metabolic stress (treated with 2dG), we found that MMW radiation significantly modifies the gene expression (4 genes out of 523 are differentially expressed). However, OMM exposure has no effect on the redox potential or ATP production.

Le projet Iseult-Inumac mené au sein d’un consortium franco-allemand vise à développer les techniques associées à l’imagerie par résonance magnétique à ultra haut champ, notamment à travers la construction d’un imageur à 11,7 teslas. La résolution accrue du nouvel imageur devrait apporter une meilleure compréhension du système nerveux et de ses dysfonctionnements pour aboutir à un dépistage plus précoce des pathologies telles que la maladie d’Alzheimer, les accidents vasculaires cérébraux ou les tumeurs.La principale difficulté technique du projet, en dehors de la construction de l’aimant statique, réside dans la capacité d’émettre une onde électromagnétique d’amplitude uniforme dans tout le cerveau du patient : problème de l’inhomogénéité de B1 (ou radiofréquence). Une solution proposée consiste à utiliser une antenne réseau à transmission parallèle et des séquences d’excitation IRM spécifiques dites de compensation.Cette thèse se concentre sur la conception des antennes réseaux à transmission parallèle pour l’IRM à 7 et 11,7 T. Un prototype à 8 canaux indépendants utilisant une technologie innovante de résonateurs linéaires est présentée pour l’IRM 7 T. Il a été conçu par la simulation numérique. Un protocole de validation a été développé pour la caractérisation et l’analyse des performances des antennes réseaux. Le succès de cette validation a permis de développer par la simulation une nouvelle antenne à 12 canaux et une stratégie de pilotage innovante permettant de n’utiliser que 8 chaînes de pilotage au lieu de 12. Enfin, la même méthodologie a été appliquée pour concevoir et prédire les performances d’une antenne réseau à 11,7 T. / The Iseult-Inumac project led by a franco-german consortium aims at developing the ultra-high field MRI technologies, especially with the building of an 11.7 tesla scanner. The high resolution of this new scanner may improve the understanding of human nervous system and its dysfunctions in order to detect pathologies like the Alzheimer disease, strokes or tumors earlier.The biggest technical difficulty, besides the building of the static magnet itself, lies in the emission of a uniform electromagnetic wave in the entire brain of the patient. It is usually referred as to B1 (or RF) inhomogeneity issues. A solution consists in using a phased array RF coil and specific MRI sequences for shimming in a parallel transmit approach.This thesis deals with the study of parallel transmit phased arrays RF coils for 7 T and 11.7 T MRI. An eight independent channels prototype-coil that uses a new planar strip array technology is described for 7 T MRI. It was designed based on numerical simulation. A validation methodology has been developed for characterization and performance analysis of transmit phased arrays. After a successful validation of this first prototype, a more efficient 12-channel coil and a new driving strategy that only requires 8 driving channels instead of 12 were designed. Finally, the same methodology was applied to a phased array RF coil for 11.7 T MRI.